Fattori limitanti la massima potenza aerobica
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Fattori limitanti la massima potenza aerobica Fisiologia della prestazione sportiva Università degli Studi di Verona Scienze Motorie aa 2012-1013 Possibili fattori Determinanti le prestazioni di endurance/massimo consumo di ossigeno • Respirazione • Circolazione centrale • Perfusione periferica • Metabolismo muscolare Gli atleti hanno elevati V’O2max Rowell (1993) Cosa limita il V’O2max ? Potenziali fattori limitanti: 1) Respirazione 3) Perfusione periferica 2) Circolazione centrale 4) Metabolismo muscolare Rowell (1993) Cosa limita il V’O2max ? Dove agiscono ? . VO2 = VS x ƒH x O2av Circolazione centrale Vs Volume di eiezione Frequenza cardiaca ƒH differenza artero-venosa O2av O2 PaO2 dipende dalla respirazione e dalla circolazione centrale PvO2 dipende dal metabolismo muscolare e dalla perfusione periferica Sono i polmoni ? Sono i polmoni ? Diffusion capacity (ml min-1 mmHg-1) Allenati Non allenati Allenamento aerobico capacità di diffusione polmonare più O2 può entrare nel sangue alla stessa P O 2. Scarsi effetti. Oxygen uptake (l min-1) Yamaji et al. (1972) Sono i polmoni ? PaO2 diminuisce di poco nella maggior parte di atleti di elite scarsi effetti sul massimo consumo di O2. Però, PaO2 può diminuire nei cavalli da corsa, in pazienti COPD e in alcuni atleti di elite con altissime CO Maximal oxygen uptake (l min-1) Ekblom (1969) Sono i polmoni ? Due cause per la caduta di PaO2: 1) Altissimo flusso di sangue polmonare (alte gettate cardiache) 2) Alle alte intensità, si può avere una relativa ipoventilazione (PAO2 cade) Rowell (1993) Sono i polmoni ? M. Everest Mare 50 40 30 20 10 0 150 700 43 PIO2 500 300 Pressione atmosferica (mm Hg) Il contenuto di O2 nel sangue limita la performance in Pugh (1963) altitudine E’ il cuore ? Volume cardiaco normale: 750-800 ml, Cuore d’atleta: 900-1200 ml; la figura mostra il cuore d’atleta più grande riportato in letteratura: 1700 ml (campione mondiale di ciclismo). Hollmann (1965) E’ il cuore ? Correlazione buona tra V’O2max e massima gettata cardiaca. Cuore d’atleta Volume d’eiezione Massima gettata cardiaca V’O2max Performance . Conclusione: E’ il fattore limitante il V’O2max più importante Ekblom (1969) E’ il cuore ? L’allenamento aerobico porta all’aumento del volume cardiaco volume d’eiezione . Rost (1997) E’ il cuore ? Il grande volume d’eiezione è la causa principale degli alti valori di V’O2max trovati negli atleti di endurance allenati: NA Non atleti; ATH Atleti Rowell (1993) Sono i fattori periferici? Gli atleti hanno un rapporto capillarimuscolo più alto. Brodal et al. (1977) Sono i fattori periferici? Flusso di sangue (l min-1) Gli atleti allenati di endurance hanno un flusso di sangue muscolare maggiore dei soggetti sedentari/non allenati. Esercizio massimale atleti Esercizio massimale sedentari I muscoli hanno bisogno di più ossigeno con l’aumento della potenza il flusso ematico muscolare aumenta con l’intensità Contributo in O2 dai vari distretti Sono i fattori periferici? Gli atleti di Endurance sono in grado di utilizzare più O2 Attività maggiore della succinico deidrogenasi Conditioning state Maximal oxygen intake Muscle fibre type I (ml kg-1 min-1) Detrained Untrained Endurance training Endurance athlete Whole muscle IIa IIb (µmol g-1 min-1) 30 – 40 40 – 50 5.0 9.2 4.0 5.8 3.5 4.9 4.0 7.0 45 – 55 > 70 12.1 23.2 10.2 22.1 5.5 22.0 11.0 22.5 Saltin and Gollnick (1983) Sono i fattori periferici? Saltin et al. (1976) La capillarizzazione, l’attività degli enzimi mitocondrialli e il V’O2max sono maggiori nell’arto allenato. I fattori periferici limitano il V’O2max ed hanno un peso maggiore se l’esercizio è eseguito con piccolo masse muscolari . Sono i fattori periferici? Gli atleti di endurance allenati hanno un numero maggiore di capillari per fibra muscolare a parità di densità di fibre rispetto ad un soggetto non allenato. Le fibre più piccole hanno più capillari. Brodal et al. (1977) Da cosa è limitato V’O2max ? • Il tempo di transito nel capillare polmonare può impedire l’adeguata ossigenazione del sangue nel polmone durante esercizio massimale in atleti di elite con grandi CO ed in altitudine • I muscoli allenati hanno più capillari ed una maggiore concentrazione/attività degli enzimi ossidativi. Ricevono ed utilizzano più ossigeno. • Se l’esercizio è compiuto con piccoli gruppi muscolari, la gettata cardiaca non è un fattore limitante il V’O2max. In questo caso, i fattori limitanti sono periferici. • Fattore limitante principale: cuore d’atleta volume d’eiezione massima gettata cardiaca massimo consumo di ossigeno performance di endurance . Quantificazione dei Fattori Limitanti il V’O2max 1.L’ossigeno, nel suo cammino dall’ambiente ai muscoli, fluisce superando un numero discreto di resistenze in serie (resistenze al flusso di Ossigeno ) 2. Ognuna di queste resistenze è superata al costo di un certo gradiente di pressione parziale di O2 Cascata dell’O2 Modello delle conduttanze in serie - I Fattori Limitanti il V’O2max ∆P1 ∆PT ∆P2 ∆P3 R1 R2 R3 VO 2 Pressure Gradient O 2 Flow = Resistance D P1 D P2 D P3 D Ptot D Ptot & = = = = VO 2 = R1 R2 R3 R1 + R 2 + R 3 R tot Modello delle conduttanze in serie-I Fattori Limitanti il V’O2max V’O2max = ∆Ptot/Rtot In condizioni di stato stazionario: ∆Ptot/Rtot = ∆Pi/Ri V’O2max = (PI-PA)/RV = (PA-Pa)/RL = (Pa-Pvm)/RQ = (Pvm-Pt)/Rt = (Pt-Pm)/Rm = (PI-Pm) = Rtot V’O2max = (PI-PA) GV = (PA-Pa) GL = (Pa-Pvm) GQ = (Pvm-Pt) Gt = (Pt-Pm) Gm = (PI-Pm) = Gtot Gv e GQ CO2 CaO2 C = P a a -P - Cv v O2 GV = 1/RV = V’A g O2 CvO2 GQ = 1/RQ = Q’ b PvO2 PaO2 PO2 Quantificazione dei Fattori Limitanti il V’O2max • (PI-PA)/ (PI-Pm) = GT / GV = RV/RT = FV • (PA-Pa)/ (PI-Pm) = GT / GL = RL/RT = FL • (Pa-Pvm)/ (PI-Pm) = GT / GQ = RQ/RT = FQ • (Pvm-Pt)/ (PI-Pm) = GT / Gt = Rt/RT = Ft • (Pt-Pm)/ (PI-Pm) = GT / Gm = Rm/RT = Fm Quantificazione delle limitazioni frazionarie La ventilazione a livello del mare non modula la conduttanza totale CO2 CaO2 C = P a a -P - Cv v O2 O2 CvO2 PvO2 PaO2 PO2 Iperventilazione: 1. V’A ---> GV 2. PAO2 , ma CaO2 costante 3. b -----> GQ 4. GT non cambia Quindi possiamo trascurare GV Solo conduttanze a valle del polmone FQ: 70 % circa Fp: 30 % circa Applicazioni: V’O2max e inattività (bed rest) Decadimento percentuale giornaliero medio di V’O2max, Q’max e QaO2max durante bed rest FQ = 0,70 (Fp = 0,30) Applicazioni: V’O2max e inattività (bed rest)-cont Bibliografia • di Prampero PE e Ferretti G. Factors limiting maximal oxygen consumption in humans. Resp Physiol 80: 113-128, 1990. di Prampero PE Factors limiting maximal performance in humans. EJAP 2003 90: 420-429 • C. Capelli, G. Antonutto, M. Azabji Kenfack, M. Cautero, F. Lador, C. Moia, E. Tam, G. Ferretti. Factors determining the time course of V’O2max decay during bedrest: implications for V’O2max limitation. Eur J Appl Physiol 98: 152 - 160, 2006.
